基于挠性梁结构的电推进器推力测量方法研究

电推进系统在空间任务中相比于传统化学燃料推进工作寿命更长、燃料消耗更低,在近年来备受关注。但基于可控核聚变思想研发的高功率霍尔效应电推进器,其推力很难测量,原因在于这些电推进器需要在高温环境下电离推进剂,所以工作时会产生高温等离子体羽流,导致传统推力测试方法无法准确测量其推力。推进器推力的准确测量直接关系到航天器姿态以及轨道保持的控制精度,因此必须在地面测试中准确地测量推力。本文设计并搭建了一套基于挠性梁结构的推力测量平台,可以在高温环境下测量电推进器产生的推力。实验结果表明,以可变比冲磁等离子体火箭为例,在中心磁场强度0.2 T、质量流率为20 mg·s-1的工况下,实时测得电推进器推力为266.5 mN,证明了测量平台的可行性,为后续电推进器推力测量实验提供参考。

单桩基础施工中步进式伸缩梁系统的设计及应用

本文首先从现有单桩抱桩装备的抱桩系统中存在的问题出发,通过第一代步进式伸缩梁系统的设计,成功解决了推力油缸行程小的问题;其次,通过第二代步进式伸缩梁系统的设计,简化了第一代系统的构成,同时解决了推力油缸直接接触单桩的问题,从根本上解决了油缸可能损坏的问题,大大提升了系统可靠性;最后,将步进式伸缩梁系统成功应用在实际工程中,进一步验证了设计的可靠性。

盾尾非对称推力作用下盾构隧道纵向变形分析

盾构机在沿曲线掘进或轴线纠偏过程中,盾尾非对称推力会在管片端部产生附加弯矩,从而引起隧道发生纵向变形。现有解析方法多是将盾构隧道简化为等效连续梁,不能考虑隧道管片环间接头的弱化。首先,建立一种能够同时考虑环间张开和剪切错台的简化纵向梁-弹簧盾构隧道模型(simplified longitudinal beam-spring shield tunnel model,简称SLBSM);其次,将在建隧道简化为Winkler地基上的SLBSM,采用状态空间法推导了非对称推力作用下盾构隧道纵向变形解析解答。通过与既有文献有限元及现有两种连续梁模型计算结果进行对比,验证了所提方法的可靠性和适用性,并对部分参数进行敏感性分析。研究结果表明:连续梁模型计算得到的隧道纵向位移表现为连续特征,而所提方法得到的隧道纵向位移表现为非连续特征,隧道纵向位移在接头处会发生突变;通过参数分析可知:增大接头转动刚度可有效降低隧道隆起和环间张开量;增大接头剪切刚度可有效降低环间错台量,但会导致隧道隆起和剪力的增加;增大地基刚度能显著降低隧道环间张开量和隆起,但会导致环间错台量的增加;管片始端轴力对隧道纵向变形的影响不可忽略,增大始端轴力能显著降低隧道隆起值、环间张开量和错台量。

无来流扑翼气动力测量装置性能研究

为了研究仿鸟扑翼飞行器气动力设计了一种固定在新型悬臂梁式测量装置。在无来流的条件下,对直流电动机驱动传动机构使扑翼做往复运动时产生的气动力、影响扑翼升力和推力因素(电压、电源和电流)进行了研究。结果表明:锂电池电压减小,升力和推力扑动频率及推力曲线峰值减小;恒压源比锂电池电源对扑翼飞行器气动力影响较小;电流的变化对扑翼飞行器的气动力影响最大,电流大小是驱动扑翼拍动的关键参数。也证实了测量装置设计的合理性和适用性,并且具有高灵敏度,测量数据准确可靠,数值模拟实验原理简单,可为扑翼飞行器的机体和扑翼结构设计提供快捷的气动力测试数据支持及应用价值。

中国科学院大学存济医学院基础医学大楼廊桥结构设计

中国科学院大学存济医学院基础医学大楼,整体呈“口”字型布局,由于建筑高度及结构形式不同,设缝划分为三个结构单元,即“U”字型框架-剪力墙结构的教学试验楼、高度35m的剪力墙结构荣誉塔以及“一”字型36m的大跨度拱桥。拱桥跨度大,同时边拱上托一层框架,且建筑造型及装饰荷载较大,设计时采用型钢混凝土拱梁及型钢混凝土支承柱墩,并在支承柱墩之间设置型钢混凝土水平拉梁,有效地解决了拱脚推力对于支承柱墩及结构整体的影响。本文通过案例介绍了大跨度拱桥的设计、计算分析及两种方案的比较,并提出对于关键构件及节点的设计及采用的加强措施。

概念设计与力学原理在滨州市全民健身中心项目中的应用

滨州市全民健身中心为刚度不均匀、扭转效应明显的复杂结构,利用概念设计与力学基本原理解决了设计过程中遇到的3个难题。首先,借助基础设计中常用的“变刚度调平”的概念设计方法,解决了扭转效应明显导致的建筑特别不规则问题。然后,为控制大跨度连体梁的端部裂缝与跨中挠度,利用结构力学位移法建立的线刚度方程精确求出了节点上下层柱的截面尺寸。最后,为抵抗屋面拱形钢梁产生的巨大水平推力,设计出两类抗推杆并确定了其截面与配筋形式。

大功率离子推力器屏栅电源拓扑技术进展与展望

将离子推力器电源处理单元(PPU)的屏栅电源拓扑作为研究对象,从电推进发展现状及趋势出发,介绍了国内外的研究进展和应用情况。主要就目前屏栅电源所用到的双全桥并联拓扑、全桥谐振变换器、推挽变换器组成的组合变换器拓扑和全桥软开关拓扑进行论证分析,归纳了各屏栅电源拓扑的技术特点,最后结合我国今后PPU屏栅电源的发展需求,对屏栅电源新技术、新拓扑和功率量级等3方面作出展望,可为今后研制超大功率PPU屏栅电源提供研究方向与技术参考。

随动推力作用下柔性自旋飞行器横向振动响应及失稳分析

针对柔性自旋飞行器动力学问题,考虑结构自身旋转作用,建立计入陀螺力矩及随动推力影响的运动方程,研究系统的动力学响应问题。将柔性自旋飞行器简化为非均匀转子结构,采用剪切变形对轴向位移有影响的Timoshenko梁模型,计入了陀螺力矩及随动推力的影响,基于有限元方法建立了运动方程,分析了质量偏心力作用下转速和推力对系统动力响应的影响以及结构失稳的情况。分析结果表明:随动推力的增加会减小系统的刚度和临界转速;激振频率等于系统临界转速频率时系统发生共振;推力达到或超过临界推力将导致系统失稳;转速的增加会降低系统的临界推力值;结构的非均匀性对系统的临界转速和临界推力造成很大影响。

自适应平衡梁轴承的均载能力及影响因素研究

针对高可靠性立式轴系可倾瓦推力轴承在轴线倾斜下的均载问题,研究自适应结构平衡梁支撑推力轴承的均载能力及影响因素;建立平衡梁组件的自适应动力学模型,给出轴线倾斜下考虑平衡梁弯曲变形的轴承系统耦合模型,并提出采用不均匀系数表征轴承的均载能力;基于模型分析工况参数和结构参数对轴承均载能力的影响,结果表明:平衡梁结构的均载能力并不是完全均载,轴承均载能力随着轴承载荷和轴线倾角的增大而减弱;推力瓦支点半径对轴承均载能力有较大影响,而连接圆柱体半径和下平衡梁支撑圆柱半径对瓦块载荷分布影响较小;对于立式轴系,合理控制轴线倾角可提高推力轴承的均载能力及轴系服役性能。

随动推力作用下柔性旋转飞行器稳定性分析

针对柔性旋转飞行器动力学问题,考虑了飞行器转速的作用,建立了计入陀螺力矩及随动推力影响的运动方程并分析了系统的动力稳定性问题。将柔性旋转飞行器简化为带有附加质量的非均匀转子结构,考虑陀螺力矩及随动推力的影响,采用剪切变形对轴向位移有影响的Timoshenko梁模型,基于有限元方法建立了运动方程,分析转速、剪切刚度及附加质量等因素对系统稳定性的影响,发现了转速作用下旋转飞行器刚体和弹性体模态耦合的新现象。结果表明:剪切刚度较小时,剪切变形对临界推力有较大影响;附加质量的大小及位置对临界推力和不稳定域有重要的影响;转速一般会诱发非均匀转子系统的弯曲模态与刚体模态合并为一个耦合模态,致使系统产生动态失稳。

高推力密度离子推力器研究

离子推力器是一种先进的空间推进技术,由于其高比冲,长寿命等特性而获得了广泛的应用,但是受其束流密度的限制,其推力密度也受到限制。然而在轨道转移、深空探测主推进等应用需求中,不但要求其比冲高,还要求其推力大,以缩短航天器轨道转移和巡航时间。受航天器的体积和功率限制,大推力要求离子推力器在一定比冲下具有较高的推力密度。为了提高离子推力器的推力密度,以25cm离子推力器为研究对象,通过改善离子推力器束流平直度和栅极可引出最大束流密度,有效提高了平均束流密度。试验结果显示在3500s比冲下,平均束流密度达到75A/m2,推力密度达到4.1N/m2。

离子推力器推力密度特性

离子推力器推力密度分布对航天器轨道维持和修正具有重要影响.采用粒子模拟-蒙特卡罗碰撞方法模拟束流等离子体输运过程,分析束流多组分粒子喷出数量和速度等微观参数,并计算得到单孔束流推力,结合放电室出口等离子体密度分布,进一步对推力密度分布特性分析,最后开展实验验证.研究结果显示:束流中单价离子、双荷离子以及交换电荷离子的推力贡献比分别为84.63%,15.35%和1.82%,可见推力主要来源于束流中的单价离子和双荷离子,交换电荷离子对推力贡献很小;推力密度分布具有较好的中心轴对称性,从推力器中心沿着径向先快速下降后趋于缓慢;与实验结果对比,经验模型相对误差约为4.1%,数值模型相对误差约为2.8%,相比经验模型,数值模型具有更好的准确性.研究结果可为离子推力器推力密度分布均匀性等优化提供参考.

滑坡灾害微型桩连梁的作用

通过有限差分法(FLAC3D)模拟,探求了微型桩群桩加固滑坡过程中连梁的作用。模拟结果表明,加连梁时其安全系数比不加连梁要提高6%;在承担的滑坡推力上而言,不加连梁情况下,其承担的推力最大值比加连梁时要至少大90%;比较每排桩承担滑坡推力的分配比例,其结果差异很大,无连梁时不利于均匀布桩,而有连梁时更能节省桩的成本;有无连梁对其弯矩的影响不是很明显。根据模拟结果,采用相似比可推及一般的微型桩,其结果可为设计微型桩时考虑连梁作用提供参考。

水口水轮发电机组推力轴承运行试验

本文对水口弹性梁双托盘支承推力轴承进行了运行试验研究，对各工况下推力轴承的油膜厚度分布、油膜压力分布、瓦面温度分布、油槽内的油温分布等进行了实测，较全面了解并掌握了轴承性能。

新型双柱立式车床设计与实验

在满足相同使用性能要求的前提下,针对传统双柱立式车床存在结构复杂、立柱和横梁笨重以及回转工作台转速无法进一步提高等情况,设计了新型双柱立式车床。以被加工工件的直线度、圆跳动、平面度和表面粗糙度值为评价指标,使用新型双柱立式车床和同规格的传统C6235双柱立式车床对被测零件进行粗加工和半精加工,然后对加工后零件质量进行比较分析。结果显示使用新型双柱立式车床粗加工后的零件质量低于普通双柱立式车床加工后的零件质量,但能够满足立式车床加工零件后所需达到的加工精度要求,半精加工后的零件质量优于普通双柱立式车床加工后的零件质量。因此新型双柱立式车床具有较好的应用前景。

斜连续梁桥顶推施工控制

文章以采用顶推法施工的张家界澧水大桥为背景,分析了斜度在顶推阶段对土梁内力的影响,进行了顶推仿真计算,并具体阐述施工控制的实施与成果,为同类型的预应力混凝土斜连续梁桥的顶推施工监控提供参考。

预埋型钢止推法在卡塔尔东部高速公路供水管道迁改中的应用

提出了一种承插式压力管道接入点弯头止推结构的新方法,成功应用于卡塔尔东部高速公路项目的供水管道改扩建工程中,并成为该项目后续复杂条件下压力管道迁改的推荐工艺,施工成本明显降低。相比该地区常用的预制混凝土块吊装方案,具有安全可控,设备简单,施工简易快捷的特点,适应了项目工期紧张、标准严格的客观要求。

低功率霍尔推力器束流发散和推力矢量偏心特性研究

为了准确掌握不同工况下混合励磁模式低功率霍尔推力器束流发散和推力矢量偏心特性,凭借自主设计和改进的一套快速评估霍尔推力器束流发散角和推力矢量偏角原位集成诊断装置,系统研究了推力器在不同阳极质量流率、磁场、电场下束流分布和推力矢量偏心特性的变化规律。结果表明,束流发散角随阳极质量流率(0.65~0.95mg/s)和磁场强度(112~142Gs)的变化呈现负相关的特性。当阳极质量流率为0.95mg/s时,束流发散角降到29.1°(<30°),推力矢量偏角随阳极质量流率和磁场强度的变化分别存在极大值(1.19°)和极小值(0.91°)。束流发散角、推力矢量偏角在放电电压为250~330V时基本保持不变。

非对称推力作用下盾构隧道附加响应的解析解

在盾构曲线掘进或纠偏时,盾尾非对称推力会在隧道端部产生一附加弯矩,该附加弯矩会引起隧道纵向变形、环间错台等施工病害。基于弹性地基梁理论,将盾构隧道简化为Winkler地基中的Timoshenko梁,建立了非对称推力作用下盾构隧道附加响应的解析计算模型,推导了隧道纵向变形和内力的解析解。采用有限元方法对解析解的正确性和适用性进行了验证,探明了解析模型关键参数的敏感性,进一步讨论了附加弯矩的影响范围和盾构推力的二阶效应。研究结果表明:所建立的解析模型是可靠的,对非对称推力作用下盾构隧道的附加响应分析具有良好的适用性;地基刚度和隧道刚度对隧道纵向变形的影响较对内力的影响更为显著;附加弯矩影响范围对地基刚度的变化更为敏感,两者之间呈指数型衰减关系;盾构推力提升了隧道的纵向抗弯刚度,而其产生的二阶效应的影响较低,在较低的隧道抗弯刚度和地基刚度条件下,轴力的二阶效应有所增强。

五里亭大桥主桥连续箱梁预制拼装顶推施工技术

介绍了五里亭大桥主桥 190m小竖曲线大重量连续箱梁的预制、拼接、顶推的施工方案选择以及施工过程中采用的施工工艺 。